JP2008076782A - 液晶セル - Google Patents

Abstract

【課題】衝撃が加わっても高い表示品質が維持できるプラスチックセルを提供することである。
【解決手段】液晶とエッチングスペーサ１５と接着剤で被覆された接着スペーサ１４とが２枚のプラスチック基板２０，２１の間に狭持され、衝撃による変形をエッチングスペーサ１５が最小化する一方、衝撃による液晶の流動に対し接着スペーサ１４は自身の接着力で流されない。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶を狭持する基板がプラスチックなどの可撓性基板である液晶セル（以下プラスチックセルと称する）の基板間隙を一定に保つための構造に関する。

プラスチックセルは、軽量で薄いという性質を活かし携帯電話機の表示パネルとして実用化されたことがある。最近では、割れにくい、曲げられる、平面形状の自由度が高い、という特徴にも注目が集まるようになり様々な応用製品が提案されるようになった。

これまで液晶セルを使った多くの製品は風防などで外部衝撃から液晶セルを守っていたが、プラスチックセルを使い薄さや可撓性を特徴とする製品ではごく薄い保護層を設けただけになることが多い。この場合プラスチックセルに高い耐衝撃性が求められる。

ここでプラスチックセルの耐衝撃性は、「鉄球を一定の高さからプラスチックセルに落下させ、プラスチックセルに変色などの不具合が生じたか。」というようにして評価する。つまり衝撃を受けた前後で表示状態が変化しないことが望まれている。一般的に使われている硬質の球状スペーサを使ったプラスチックセルに鉄球を落下させると、落下点近傍のスペーサが移動してしまい、この部分のプラスチック基板間隙（以下セルギャップと称する）が僅かに変化してしまう。特に電圧無印加時に透過率が最小となる表示モード（以下ノーマリブラックと称する）は、セルギャップによって電圧無印加時の黒レベルが敏感に変化してしまう。このため、衝撃による僅かなセルギャップ変化がこの黒レベルの透過率変化や変色を招き、衝撃を受け部分の表示状態を変化させる。つまり、全体的には漆黒であるのに衝撃を受けた部分だけが光漏れないし変色を起こしてしまう。

この移動してしまった球状スペーサはもとの位置に戻ることはない。そこで耐衝撃性を高めるためにプラスチック基板に固定され移動しないスペーサ（以下固定スペーサと称する）を使用することがよいと考えられる。固定スペーサの一例として、スペーサ用樹脂材をスピンコート法でプラスチック基板上に膜付けし、ホトリソグラフィ法で所定の位置にスペーサを形成するエッチングスペーサが知られている。このエッチングスペーサでプラスチックセルを作成し耐衝撃性をしらべたところ強度的には規格を満足できた。しかしながらスピンコート法を使っているため膜厚を精度良く制御できないためノーマリブラックのプラスチックセルの黒レベルには不満が残った。

「エッチングスペーサのセルギャップ設定能力の低さを補うため硬質の球状スペーサを添加する」という手法が知られている。この構成ではエッチングスペーサで衝撃に対する強度を確保し、硬質の球状スペーサで正確なセルギャップを維持させている。例えば文献１にはエッチングスペーサと硬質の球状スペーサを隣接させ遮光膜上に配置したものが記載されている。この構造では前述の効果に加え、スペーサによる光漏れも防ぐのでコントラストを向上できる効果がある。

固定スペーサとしてエッチングスペーサの代わりに、加熱により基板間を接着する熱溶着性スペーサを使う方法もある。しかしながら熱溶着性スペーサだけでは正確なセルギャップが確保できないので、例えば文献２のようにエッチングスペーサ使用時と同様に硬質の球状スペーサを合わせて使用する。

文献２に示された構造と製法を図３によりさらに詳しく説明する。図３（ｂ）において、液晶セルは、相対する２枚のガラス基板３１とシール３６で囲まれた内部空間３３中に
液晶（図示せず）と熱溶着性スペーサ３７と硬質の球状スペーサ３４を封入したものである。内部空間３３側の各ガラス基板３１の面には表示用の電極膜３２が形成されている。シール３６と熱溶着スペーサ３７で上下のガラス基板３１が強力に固定され、球状スペーサ３４でセルギャップが精度良く維持されている。なお偏光板など基板外の部材は省略した（以下、同様）。

図３（ａ）を参考にしながら製造方法を説明する。配向膜印刷、ラビング、シール印刷などが施された一方のガラス基板３１に、粒状の熱溶着性スペーサ３５材と硬質の球状スペーサ３４を散布する。次にこの一方のガラス基板３１と、配向膜印刷、ラビングなどが施された他方のガラス基板３１とを重ね合わせ、加圧しながら加熱する。この加熱によりシール３６が硬化し、熱溶着性スペーサ３５材が溶ける。常温に戻すと熱溶着性スペーサ３５材が固まり（ｂ）の溶着性スペーサ３７となる。これに液晶を真空注入法で注入する。

また文献２の図４には、硬質の球状スペーサの表面に溶着用樹脂材を厚く塗布し、硬質の球状スペーサと溶着スペーサを一体化させた例が示されている。
特開２０００−１５５３２１号公報 特開昭６３−３１１２３３号公報

文献１や文献２のように固定スペーサの周りに硬質の球状体を配置したプラスチックセルでも、我々の実験では硬質の球状スペーサが流れてしまい表示品質が劣化した。また文献２にあるような固定スペーサ材と硬質の球状スペーサを一体化させたものでは、セルギャップを維持するため比較的多めに散布しなければならない球状スペーサの周りに、充分な接着強度を確保させるため広い面積の接着領域を設けざるを得ない。このため接着剤の広がりによって生じる点状の表示ノイズが増大し表示品質を低下させてしまう。

そこで本発明の目的は、衝撃が加わっても高い表示品質が維持できるプラスチックセルを提供することである。

上記目標を達成するため、本発明は、２枚の可撓性基板の間に液晶と第１および第２のスペーサとを狭持した液晶セルにおいて、第１のスペーサが可撓性基板の少なくとも一方に強く固定され、第２のスペーサが周りに接着剤を被覆した硬質の球状体であることを特徴とするものである。

また、本発明の液晶セルは、第１のスペーサが可撓性基板の両方に強く固定されていることを特徴とする。

また、本発明の液晶セルは、第１のスペーサがエッチングスペーサであることを特徴とする。

また、本発明の液晶セルは、エッチングスペーサが一方の可撓性基板にのみ固定されていることを特徴とする。

また、本発明の液晶セルは、エッチングスペーサの高さが２枚の可撓性基板間距離より小さいことを特徴とする。

また、本発明の液晶セルは、第１のスペーサが熱溶着性スペーサであることを特徴とす
る。

また、本発明の液晶セルは、第２のスペーサの可撓性基板に対する接着強度が第１のスペーサの接着強度より弱いことを特徴とする。

上記の本発明によれば、衝撃を受けた直後の可撓性基板の変形を最小にするよう、可撓性基板に強く固定された第１のスペーサが衝撃を受け止める。このとき小さな接着面積で可撓性基板に接着している第２のスペーサの接着部は、可撓性基板の変形に合わせて変形するので衝撃を受け止めることに対しては積極的には関与できない。しかし、可撓性基板の変形によって起こる液晶の流動に対しては可撓性基板に接着した第２のスペーサは移動しない。衝撃の影響が無くなった後は、粒径が均一で精度の高い第２のスペーサが、衝撃を受けた領域に残ってセルギャップを正確に維持する。

本発明の液晶セルは、上記のような構成および作用を有しているので、衝撃直後の変形を第１のスペーサが受け止め、その後の液晶の流動に対して第２のスペーサは移動しない。このため、衝撃を受けた後でもセルギャップが正確に保持されることに加え、接着面積の小さい第２のスペーサよる低い表示ノイズにより衝撃の前後とも高い表示品質を維持できる。

以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態について詳細に説明する。

（実施例１）
図１で示した実施例１は、固定スペーサとしてエッチングスペーサを使用したものである。図１は、上下の表示電極が帯状で、その平面的な交差部分が画素となり、画素がマトリクス状に配列したパッシブ型のプラスチックセルの断面の模式図である。厚さ０．１ｍｍでポリカーボネイトからなる下側のプラスチック基板１１上には、紙面に対し縦方向に延びる帯状の透明な表示電極１３とエッチングスペーサ１５が形成されており、厚さ０．１ｍｍでポリカーボネイトからなる上側のプラスチック基板１０の下面には、紙面に対し横方向に延びる帯状の透明な表示電極１２が形成されている。上下のプラスチック基板１０，１１の間には、端部に設けられたシール１６と、硬質で球状のプラスチックビーズの周りに加熱により化学結合を起こす接着剤を表面コートしたスペーサ１４（以下接着スペーサと称する。例：積水化学 ＫＢＳ−５０６２ＲＸ）が挟まれている。接着スペーサ１４は、直径が６．２μｍで上下のプラスチック基板１０，１１（図では上下の表示電極１２，１３）上の配向膜（図示せず）と化学結合部１７で接着している。エッチングスペーサ１５は、高さがおよそ６μｍで直径が２０μｍの円柱で、２本の表示電極１３の間においてプラスチック基板１１と直に接着している一方、上側のプラスチック基板１０との間には僅かな隙間がある。接着スペーサ１４の密度は３００個／ｍｍ２程度であり、エッチングスペーサはラビングへの悪影響（ラビング影とも言われる）を最小にするため画素の角に配置する。

実施例１の製造方法を説明する。既に表示電極１３が形成されたプラスチック基板１１上に、アクリル樹脂を主成分とする感光性材料をスピンコート法で塗布し、ホトリソグラフィ法で柱状体を形成した後、ポストべークしてエッチングスペーサ１５を作成する。この後プラスチック基板１１は、配向膜印刷、ラビング、シール印刷が行われ、接着スペーサ１４が散布される。このプラスチック基板１１と、配向膜印刷とラビングが施されたプラスチック基板１０とを重ね合わせ、加圧しながら加熱する。この加熱によりシール１６が硬化し、接着スペーサ１４の表面が配向膜と化学結合して接着する。その後、液晶を真空注入法で注入しシールを封孔する。

球状の接着スペーサ１４の化学結合部１７は、球の頂点近傍であるので接着力が小さい。この弱い接着力は衝撃時に発生する液晶の流動に対し自分自身の位置を維持できる程度である。しかし接着領域が広がっていないので接着が画質劣化を増大させることはない。この接着スペーサ１４は粒径精度が良いのでセルギャップを正確に維持するために働く。エッチングスペーサ１５は、プラスチック基板１１と強く接着している一方でプラスチック基板１０と接していないが、衝撃を受けたときにはプラスチック基板１０，１１の変形を小さくするように作用する。本実施例ではエッチングスペーサ１５がプラスチック基板１０と接していないため液晶セル全体の可撓性が良いという特徴もある。なお実施例１はマトリクス型表示装置を前提に説明
したが、画素形状が様々な形をとるセグメント型液晶セルやレンズの収差補正に使う液晶セル、液晶レンズ用の液晶セル、シャッター用液晶セルなどにも適用できる。

（実施例２）
図２で示した実施例２は、固定スペーサとして熱溶着性スペーサを使用したものである。図２は、上下の表示電極の平面的な交差部分が画素となるプラスチックセルの断面の模式図である。厚さ０．１ｍｍでポリカーボネイトからなる上下のプラスチック基板２０，２１の相対する面上にはそれぞれ透明な表示電極２２，２３が形成されている。上下のプラスチック基板２０，２１の間には、端部に設けられたシール２６と、実施例１と同等の接着スペーサ２４（積水化学 ＫＢＳ−５０６２ＲＸ）と、熱溶着性スペーサ２５が挟まれている。接着スペーサ２４は上下のプラスチック基板２０，２１（図では上下の表示電極２２，２３）上の配向膜（図示せず）と化学結合部２７で接着し、熱溶着スペーサ２５は上下のプラスチック基板２０，２１（図では上下の表示電極２２，２３）に大きな面積で接着している。接着スペーサ２４の密度は３００個／ｍｍ^２程度であり、画質劣化を少なくするため熱溶着スペーサ２５の密度は１００個／ｍｍ^２以下とする。

実施例２の製造方法を説明する。既に、配向膜印刷、ラビング、シール印刷が済んだプラスチック基板２１上に接着スペーサ２４と粒状の熱溶着スペーサ材を散布する。このプラスチック基板２１と、配向膜印刷とラビングが施されたプラスチック基板２０とを重ね合わせ、加圧しながら加熱する。この加熱によりシール１６が硬化し、接着スペーサ２４が配向膜と化学結合して接着し、熱溶着性スペーサが溶け上下のプラスチック基板２０，２１とを接着する。その後、常温に戻し液晶を真空注入法で注入しシールを封孔する。

球状の接着スペーサ２４の作用は実施例１の接着スペーサ１４と同じである。熱溶着性スペーサ１５は、元となった粒状の熱溶着スペーサ材の直径を接着スペーサ２４の直径より大きくしてあるので、接着面積が大きくとれるためプラスチック基板２０，２１とを強く接着し、衝撃を受けたときにプラスチック基板２０，２１の変形を小さくするように作用する。なお熱溶着性スペーサ２５の散布密度が小さいためプラスチックセル全体の可撓性が保たれる。

本発明の実施例１に係るプラスチックセルの断面構造を示す模式図である。 本発明の実施例２に係るプラスチックセルの断面構造を示す模式図である。 本発明の従来例に係る液晶セルの断面構造を示す模式図である。

符号の説明

１０，１１，２０，２１ プラスチック基板
１２，１３，２２，２３，３２ 表示電極
１４，２４ 接着スペーサ
１５ エッチングスペーサ
１６，２６，３６ シール
１７，２７ 化学結合部
２５，３７ 熱溶着スペーサ
３１ ガラス基板
３３ 内部空間
３４ 硬質の球状スペーサ
３５ 熱溶着性スペーサ材

Claims (7)

1. ２枚の可撓性基板の間に液晶と第１および第２のスペーサとを狭持した液晶セルにおいて、
   前記第１のスペーサが前記可撓性基板の少なくとも一方に強く固定され、前記第２のスペーサが周りに接着剤を被覆した硬質の球状体であることを特徴とする液晶セル。
2. 前記第１のスペーサは、前記可撓性基板の両方に強く固定されていることを特徴とする請求項１記載の液晶セル。
3. 前記第１のスペーサがエッチングスペーサであることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶セル。
4. 前記エッチングスペーサが一方の前記可撓性基板にのみ固定されていることを特徴とする請求項３に記載の液晶セル。
5. 前記エッチングスペーサの高さが前記２枚の可撓性基板間距離より小さいことを特徴とする請求項４に記載の液晶セル。
6. 前記第１のスペーサが熱溶着性スペーサであることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶セル。
7. 前記第２のスペーサの前記可撓性基板に対する接着強度が前記第１のスペーサの接着強度より弱いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の液晶セル。
   
   

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